鼓风炉炼铜熔炼的原理
2013-11-13 10:56阅读:
鼓风炉是冶金设备中的竖炉。鼓风炉是将含金属组分的炉料(矿石、烧结块或团矿)在鼓人空气或富氧空气的情况下进行熔炼,以获得锍或粗金属的竖式炉。
由炉顶、炉身和炉缸或本床组成。炉顶设有加料口和排烟口。炉身下部两侧各有向炉内鼓风的风口若干个,炉缸设有熔体排出口和放空口,本床只设一个排出口。炼铁鼓风炉通称高炉;鼓风炉则一般指有色金属的熔炼竖炉。
鼓风炉具有热效率高,单位生产率(床能力)大,金属回收率高,成本低,占地面积小等特点,是火法冶金的重要熔炼设备之一。鼓风炉结构:鼓风炉由炉基、炉底、炉缸、炉身、炉顶(包括加料装置)、支架、鼓风系统、水冷或汽化冷却系统、放出熔体装置和前床等部分组成。
炉基用混凝土或钢筋混凝土筑成,其上树立钢支座或千斤顶,用于支撑炉底。炉底最下面是铸钢或铸铁板,板上依次为石棉板、粘土砖、镁砖。炉缸水套壁(或砌镁砖)组成(或称本床)。炉身用若干块水套并成,每块水套宽0.8~1.2m,高1.6~5m,用锅炉钢板焊接而成,固定在专门的支架上,风管和水管也布置在支架上。鼓风炉可用于铜、镍、钴等金属的造锍熔炼和铅、锌等金属的还原熔炼,还可用于熔化杂铜和处理其他物料。鼓风炉的炉料一般为块状,燃料为焦炭。炉料分批从炉顶加入,形成料柱。空气由下部风口鼓入,焦炭在风口区燃烧,形成高温熔炼区;炉料在此激烈反应,不断熔化。还原熔炼时,熔体在炉缸内澄清,分别放出金属和炉渣,造锍熔炼时,熔体经本床流入前床,澄清分离出冰铜和炉渣。热烟气穿过炉料上升至炉顶排出过程中,使炉料预热(熔炼混捏精矿时,还使精矿烧结),并发生部分熔炼化学反应。所以鼓风炉的传热传质条件好,热效率高,单位面积日生产能力(即床能率)大。
废杂铜在鼓风炉进行的是还原熔炼,熔炼时加入炉料量的 10 ~ 15%
焦炭,焦炭燃烧,不仅供热,而且形成还原性气氛,从而使 Cu2O
还原。鼓风炉内从炉顶到炉底分五个区段。第一段,炉子顶部称预备区,此区域炉温约 400 ~ 600
℃,使料中水分蒸发,易熔料熔化,同时还使处于上部的锌蒸汽和 CO 作用,产生大
量热:
2Zn (气) +O2=ZnO+Q
2CO+O2=2CO2
因此,出炉废气温度可达 650 ~ 800 ℃,第二区域炉温约 600 ~ 1000 ℃,入炉的 CaCO3
发生分解,黄铜熔化,铜锌合金中部分锌蒸发,炉料中部分金属氧化物开始还原,还原剂主要为 CO 。
CaCO3 → CaO+CO2
Cu2O+CO=2Cu+CO2
CuO+CO=Cu+CO2
2CuO+CO=Cu2O+CO2
PbO+CO=Pb+CO2
ZnO 难还原,但有铁存在时,铁可使 ZnO 还原: ZnO+Fe=Zn+FeO 。第三区域温度为 1000 ~ 1300
℃,有色金属还原结束,炉料熔化,并生成黑铜和炉渣。锌及其它易挥发组分(如 PbO 、 SnO
)继续转入气相。第四区域为焦点区(风口附近)。炉温 1300 ~ 1400 ℃,熔融物经过焦炭滤层流入炉缸,焦炭燃烧生成 CO2
,部分 CO2 被赤热焦炭还原成 CO ,易挥发份( PbO 、 SnO 等)强烈蒸馏。第五区(炉缸)温度为 1200 ~ 1250
℃,熔体在此沉渣分离,并继续调整其成分。